miRNA及其靶基因对水稻生长发育的调控作用(2)

　　3 miRNA 对水稻生长发育的调控

　　器官发育和形态建成是影响水稻产量的重要因素。 通过对突变体和转基因水稻 miRNA 以及靶基因的鉴定，发现 miRNA 在转录后水平通过调控相关基因的表达，参与水稻根发育、花器官形成、分蘖、种子发育、形态建成、分生组织和胚的发育等多种生理过程，可见，miRNA 作为转录因子外的另一种调控方式在水稻生长发育中发挥着重要作用[27-31].

　　3. 1 miRNA 与根发育

　　在植物中，miRNA 介导的生长素信号途径已经被深入研究，如 miR160、miR164、miR167 和 miR390等。 这些 miRNA 能够通过生长素应答因子（ auxinresponse factor,ARF） 影响植物根冠的形成、侧根的发育以及不定根的发生[32]. 研究证明，水稻中存在着 miR167-ARF6/8-GH3[33]和 miR390-TAS3 （ trans-acting siRNAs 3 ） -ARF2 / ARF3 / ARF4[32]通路，来调控根的发育，并在对水稻不定根发育缺陷的生长素突变体中，检测到 miR167 和 miR390 的表达量下调[32]. 此 外，过 表 达 miR393 导 致 靶 基 因 TIR1（ transport inhibitor response 1 ） 和 AFB2 （ Auxinsignaling F-BOX） 的表达水平下调，出现了水稻主根和根冠增长的表型[34],推测 TIR1 和 AFB2 可能通过改变 ARFs 的活性，调控生长素的转运，从而影响主根和根冠的发育。

　　另外，miRNA 可能通过水稻根的发育参与胁迫应答。 在拟南芥中已经发现存在 PHR1（ phosphatestarvation response 1 ） -miR399-PHO2 （ phosphateoveraccumulator 2） 通路，促进磷胁迫条件下根的发育。 对水稻的研究发现，磷胁迫条件下 miR399 表达量增加，水稻主根伸长、根毛增加。 推测，在水稻中miRNA 能够通过与拟南芥相似的途径调控根的发育来加快对磷的吸收和转运，维持正常代谢活动来应对磷元素的缺失[35-38],但其详细的调控机制仍需进一步研究。

　　3. 2 miRNA 与花发育

　　AP2（ Apetala2） 基因属于植物花分生组织和花器官形态特征基因，它既调控花序分生组织向花分生组织的转变，又参与花器官的形态发育[39]. 研究发现，miR172 可以调控 AP2 基因，控制水稻花的发育[28]. Zhu 等[40]的研究显示，在过表达 miR172 的水稻株系中，miR172 通过剪切 AP2 基因，引起花序分生组织向花分生组织的转变发生延迟，并导致花发育的缺陷。 另外，在水稻雄配子体发育中也存在miRNA 的调控途径，Peng 等[41]初步探究并发现了miRNA 在雄配子体发育过程中的作用机制，他们利用微阵列技术和高通量测序技术，证明 miR160 和miR167 能够切割 5 种生长素应答因子 ARF （ LOC_Os10g33940,LOC _ Os02g06910,LOC _ Os04g57610,LOC_Os06g46410,LOC _ Os12g41950 ） ,而这些 ARF在花粉母细胞发育到二孢花粉粒的过程中高度表达，说明在花粉发育过程中，miR160/167 对花粉发育的影响可能是通过调控 ARF 的表达发挥作用。

　　3. 3 miRNA 与幼穗发育

　　越来越多的证据表明，水稻的产量受数量性状位点（ quantitative trait loci,QTLs） 的影响。 已有实验室克隆并鉴定了一个数量性状位点 IPA1 （ ideal plantarchitecture 1） 基因，它编码一种启动子结合蛋白（ Souamosa promoter binding protein-like 14,OsSPL14） ,过表达 OsSPL14 的转基因水稻在生殖期促进幼穗的分支，并提高水稻产量[42],而 miR156 能够通过切割编码 OsSPL14 的 mRNA 负调控其表达。

　　Jiao 等[43]通 过 构 建 OsSPL14 的 突 变 体 水 稻，使miR156 不能切割突变后的 OsSPL14,从而突变水稻表现出分蘖增加、幼穗分支增加、抗倒伏、产量提高等性状[42-44]. miR397 是水稻内源性 miRNA,它在水稻幼穗和种子中表达水平较高[45],Zhang 等[46]的研究显示，在过表达 miR397 的转基因水稻中，出现籽粒变大、幼穗分支增加的性状，并最终使水稻产量提高 25%. 深入研究表明，miR397 通过下调编码漆酶蛋白的OsLAC 基因的表达，促进油菜素内酯的信号转导，最终提高水稻产量[47,48]. 这些 结果表明，miR156 和miR397 在提高水稻产量中起着重要作用。